[發(fā)明專利]基于多模型觀測校正的AUV導(dǎo)航方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110959508.4
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113654559B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張昕;牟鵬程;何波
• 申請（專利權(quán)）人: 青島澎湃海洋探索技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00;G01C21/12;G01C25/00
• 代理公司: 青島匯智海納知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37335
• 代理人: 陳磊

本發(fā)明涉及自主式水下航行器導(dǎo)航定位領(lǐng)域，特別是一種基于多模型觀測校正的AUV導(dǎo)航方法。包括以下步驟：構(gòu)建觀測校正模型；將多觀測校正模型的輸出引入AUV觀測過程，以校正系統(tǒng)觀測誤差；利用交互多模型策略估計AUV的位置。通過該方法對導(dǎo)航系統(tǒng)觀測誤差進行校正，從而提高AUV的導(dǎo)航定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自主式水下航行器導(dǎo)航定位領(lǐng)域，特別是一種基于多模型觀測校正的AUV導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

目前應(yīng)用最為廣泛的AUV導(dǎo)航定位技術(shù)為慣性/航位推算導(dǎo)航方法，利用狀態(tài)估計技術(shù)對AUV搭載的姿態(tài)傳感器和測速傳感器進行數(shù)據(jù)融合，以估計AUV當前的位置信息。然而，海洋環(huán)境復(fù)雜多變，傳感器的噪聲統(tǒng)計特性不可預(yù)測，觀測誤差具有隨機性，傳感器觀測誤差的存在會很大程度上影響AUV導(dǎo)航定位的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提出了一種基于多模型觀測校正的AUV導(dǎo)航方法，對導(dǎo)航系統(tǒng)觀測誤差進行校正，從而提高AUV的導(dǎo)航定位精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于多模型觀測校正的AUV導(dǎo)航方法，其中，包括以下步驟：

S1構(gòu)建觀測校正模型，包括以下具體步驟：

S1.1離線訓(xùn)練構(gòu)建多步觀測校正模型；

S1.2在線訓(xùn)練構(gòu)建單步觀測校正模型；

S2將多觀測校正模型的輸出引入AUV觀測過程，以校正系統(tǒng)觀測誤差，包括以下具體步驟：

S2.1構(gòu)建AUV導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)向量：

AUV導(dǎo)航系統(tǒng)在k時刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量為

X_k＝[x,y,yaw,v_x,v_y,a_x,a_y,w_z]^T，

其中(x,y)表示AUV在北-東坐標系下的UTM位置，yaw為AUV當前航向角，(v_x,v_y)為AUV當前載體坐標系下的前右速度，(a_x,a_y)為AUV當前載體坐標系下的前右加速度，w_z為AUV當前z軸的角速度；

S2.2構(gòu)建AUV導(dǎo)航系統(tǒng)觀測向量：

AUV導(dǎo)航系統(tǒng)在k時刻的觀測向量為

Z_k＝[0,0,yaw,v_x,v_y,a_x,a_y,w_z]^T，

其中yaw為AHRS測得的航向角，(v_x,v_y)為DVL測得的在載體坐標系下的前右速度，(a_x,a_y)為AHRS測得的載體坐標系下的前右加速度，w_z為AHRS測得的z軸的角速度信息；相應(yīng)的觀測矩陣為

S2.3判斷觀測校正模型是否有效輸出，若獲得輸出預(yù)測值，用于校正觀測誤差，否則直接采用步驟2.2的AUV到賬系統(tǒng)觀測向量；

S3利用交互多模型策略估計AUV的位置：

擴展卡爾曼濾波作為基礎(chǔ)濾波器執(zhí)行交互多模型策略，標準擴展卡爾曼濾波模型作為Model 1，多步觀測校正模型引入Model 2，單步觀測校正模型引入Model 3，三個濾波器并行運行，通過交互多模型策略自適應(yīng)進行切換，將三個模型的結(jié)果融合輸出最終AUV的位置估計。

本發(fā)明中，上述步驟S1.1包括以下具體步驟：